Ογκολογία

Ένας διαδικτυακός τόπος για την ογκολογία

Ακτινοθεραπεία IMRT

Η ακτινοθεραπεία διαμορφούμενης έντασης (Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT) αποτελεί μετεξέλιξη της τρισδιάστατης σύμμορφης ακτινοθεραπείας (3D Conformal Radiotherapy, 3DCRT). Με την τελευταία, όπως έχουμε ήδη αναφέρει, κατέστη δυνατή η διαμόρφωση του σχήματος της δέσμης. Με την IMRT μπορούμε επιπλέον να διαμορφώνουμε και την έντασή της. Δηλαδή, μπορούμε μέσα σε ένα πεδίο ακτινοβολίας να έχουμε περιοχές που παίρνουν διαφορετική δόση από τις υπόλοιπες, κάτι το οποίο είναι πολύ σημαντικό όπως θα δούμε στη συνέχεια.

Πλεονεκτήματα της IMRT


Το βασικό πλεονέκτημα της IMRT είναι ότι επιτρέπει τη χορήγηση υψηλών δόσεων ακτινοβολίας στον όγκο, με παράλληλη προστασία των φυσιολογικών οργάνων. Π.χ. μας επιτρέπει να χορηγήσουμε υψηλή δόση στον όγκο και χαμηλή στον νωτιαίο μυελός ή στην παρωτίδα (σιελογόνος αδένας) που θέλουμε να προστατεύσουμε.

Η κλιμάκωση της δόσης αυξάνει την πιθανότητα τοπικού ελέγχου της νόσου, ενώ η ελαχιστοποίηση της έκθεσης των φυσιολογικών ιστών στην ακτινοβολία μειώνει την πιθανότητα επιπλοκών. Εκεί που αναδεικνύεται η αξία της τεχνικής είναι οι όγκοι της κεφαλής – τραχήλου, λόγω της πολύπλοκης ανατομίας της περιοχής αυτής και της στενής (ανατομικής) σχέσης των όγκων με τα γύρω φυσιολογικά όργανα. Ωστόσο και όγκοι άλλων ανατομικών εντοπίσεων, όπως ο καρκίνος του προστάτη ή ο γυναικολογικός καρκίνος μπορούν να ωφεληθούν από τη χρήση της IMRT ακτινοθεραπείας.

Τέτοια όργανα που «κινδυνεύουν» από την ακτινοβόληση ενός όγκου της κεφαλής – τραχήλου είναι, για παράδειγμα, οι παρωτίδες. Οι παρωτίδες είναι σιελογόνοι αδένες και η ακτινοβόλησή τους οδηγεί σε ξηροστομία η οποία μειώνει σημαντικά την ποιότητα ζωής των ασθενών. Με τη χρήση της IMRT είναι εφικτό να διασωθεί τουλάχιστον η μία από τις δύο (ή και οι δύο), βελτιώνοντας έτσι την παραγωγή σιέλου και την επίπτωση της ξηροστομίας. Άλλα τέτοια όργανα «εν κινδύνω» είναι οι οφθαλμοί, τα οπτικά νεύρα, το εγκεφαλικό στέλεχος, ο κροταφικός λοβός του εγκεφάλου, το έσω ους (κοχλίας), ο νωτιαίος μυελός, κλπ. Με την προϋπόθεση βέβαια οτι η νόσος δεν εντοπίζεται σε κάποιο από αυτά.

Πως όμως το καταφέρνει αυτό η ακτινοθεραπεία IMRT; Αυτό γίνεται συνδυάζοντας μεγάλο αριθμό (δεκάδων ή και εκατοντάδων) μικρών δεσμών με διαφορετικά «σχήματα». Όταν όλες αυτές οι μικρές δέσμες «συναντηθούν» στο σώμα του ασθενούς δημιουργούν μια τέτοια κατανομή δόσης όπου ο όγκος ακτινοβολείται ισχυρά, ενώ τα φυσιολογικά όργανα ασθενώς.

Στο παρακάτω βίντεο μπορείτε να δείτε σχηματικά πως μπορεί ο επιταχυντής να διαμορφώσει την ένταση της δέσμης μεταβάλλοντας το σχήμα της (καθώς επίσης και άλλες παραμέτρους της θεραπείας, όπως το ρυθμό δόσης ή την ταχύτητα περιστροφής του).

Στην παρακάτω εικόνα φαίνονται οι κατανομές δόσης για την 3Δ σύμμορφη ακτινοθεραπεία στα αριστερά και για την IMRT στα δεξιά. Παρατηρούμε πως στην δεύτερη περίπτωση οι κατανομές παίρνουν πολύπλοκα σχήματα, «αγκαλιάζοντας» τον όγκο και τους λεμφαδένες και «αποφεύγοντας» τα φυσιολογικά όργανα, όπως η κύστη μπροστά και το ορθό προς τα πίσω. Αυτή ακριβώς η δυνατότητα της IMRT να δημιουργεί κοίλες κατανομές δόσης είναι που την καθιστά τόσο σημαντική.

Ακτινοθεραπεία IMRT.
Αριστερά: Η κατανομή της δόσης στην 3Δ σύμμορφη ακτινοθεραπεία. Δεξιά: Η κατανομή της δόσης με IMRT. Οι κόκκινες περιοχές αντιστοιχούν σε δόση 50Gy, ενώ οι γαλάζιες σε δόση 25Gy. Πηγή: Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys, Vol. 71, No. 4, pp. 1034-1041, 2008.

Ένα άλλο παράδειγμα πλάνου θεραπείας IMRT είναι το παρακάτω:

Πλάνο θεραπείας σε ασθενή με τοπικά προχωρημένο καρκίνο του προστάτη. Η πράσινη περιοχή αντιστοιχεί στην περιοχή ενδάιμεσης δόσης ακτινοβολίας, ενώ η κίτρινη στην περιοχή ενός διογκωμένου λεμφαδένα που λαμβάνει υψηλή δόση. Παρατηρούμε πως με τη χρήση της IMRT αποφεύεγεται η ακτινοβόληση της ουροδόχου κύστης και του εντέρου (ορθού).

Αντίστροφος σχεδιασμός (inverse planning)


Μία από τις διαφορές μεταξύ της 3DCRT και της IMRT είναι στον τρόπο που κατασκευάζεται ένα θεραπευτικό πλάνο. Στην πρώτη περίπτωση ο ακτινοθεραπευτής ογκολόγος σε συνεργασία με τον ακτινοφυσικό εισάγουν τις παραμέτρους της θεραπείας (αριθμός δεσμών, διαστάσεις και σχήμα πεδίου, κλπ) και στη συνέχεια μελετούν την κατανομή της δόσης που προκύπτει. Έπειτα τροποποιούν κάποιες από τις παραμέτρους της θεραπείας και γίνεται νέος υπολογισμός της κατανομής της δόσης. Αυτός ο «κύκλος» επαναλαμβάνεται πολλές φορές μέχρις ότου βελτιστοποιηθεί το πλάνο.

Στην IMRT ακολουθείται η αντίστροφη διαδικασία. Δηλαδή, ορίζονται κάποιοι δοσιμετρικοί στόχοι (π.χ. ο όγκος να λάβει 70 Gy) και κάποιοι περιορισμοί (π.χ. ο νωτιαίος μυελός να μην λάβει περισσότερα από 45 Gy). Στη συνέχεια το λογισμικό προσπαθεί να βρει τη βέλτιστη διάταξη του πλάνου, ανάμεσα σε όλες τις πιθανές, που να ικανοποιεί τους στόχους και να σέβεται τους περιορισμούς. Η διαδικασία αυτή, που παίρνει αρκετό χρόνο, ονομάζεται «αντίστροφος σχεδιασμός» (inverse planning). Επειδή, ακριβώς, είναι πάρα πολλά τα πιθανά διαφορετικά πλάνα θεραπείας που πρέπει να αξιολογηθούν (ώστε να επιλεγεί το βέλτιστο) απαιτείται τεράστια υπολογιστική ισχύς.

Τεχνολογίες


Η ακτινοθεραπεία IMRT είναι ένας γενικός όρος που περιγράφει μια συγκεκριμένη τεχνική. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για την υλοποίησή της. Αναφέρουμε μερικούς από αυτούς.

Στατική IMRT (step and shoot)
Όπως δηλώνει και η ονομασία της τεχνικής, πρόκειται για μία στατική μορφή IMRT όπου η πηγή του επιταχυντή παίρνει κάποιες συγκεκριμένες θέσεις εν είδει βηματισμού (step) και ακτινοβολεί (shoot). Στα μεσοδιαστήματα όπου η πηγή μετακινείται για να πάρει τη νέα της θέση, ο ασθενής δεν ακτινοβολείται. Αποτελεί την πρώτη μορφή IMRT θεραπείας. Στα πλεoνεκτήματά της εντάσσεται η απλότητα της τεχνικής, συγκρινόμενη με τις άλλες πιο πολύπλοκες IMRT τεχνικές. Ενώ μειονεκτήματά της είναι ο αυξημένος χρόνος θεραπείας και οι περιορισμένες δυνατότητες συμμόρφωσης της δέσμης, πάλι συγκρινόμενη με τις νεότερες περιστροφικές τεχνικές IMRT, όπως η VMAT και η Tomotherapy.

Ογκομετρική τοξοειδής θεραπεία (Volumetric Modulated Arc Therapy, VMAT)
Στην τεχνική VMAT ο ασθενής ακτινοβολείται διαρκώς (χωρίς διακοπές) καθώς η πηγή περιστρέφεται γύρω από το σώμα του. Η διαμόρφωση της έντασης της δέσμης γίνεται μέσω της ταχύτητας περιστροφής της πηγής (gantry), της κίνησης των φύλλων του πολύφυλλου κατευθυντήρα (MLC) και του ρυθμού δόσης (dose rate). Η βελτιστοποίηση αυτών των παραμέτρων γίνεται με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού. Η τεχνική VMAT πλεονεκτεί έναντι της step and shoot από την άποψη ότι μπορεί να ολοκληρώσει τη θεραπεία πολύ πιο γρήγορα. Επίσης επιτρέπει τη δημιουργία εξαιρετικά σύμμορφων κατανομών δόσης. Στα «μειονεκτήματα» της εν λόγω τεχνικής είναι η εξαιρετικά απαιτητική διασφάλιση ποιότητας και ελέγχου με τις οποίες επιφορτίζεται το ακτινοθεραπευτικό τμήμα.

Ελικοειδής τομοθεραπεία (Helical Tomotherapy)
Εδώ ο γραμμικός επιταχυντής μοιάζει με έναν ευρύχωρο αξονικό τομογράφο. Ο ασθενής βρίσκεται ξαπλωμένος στο τραπέζι (κρεβάτι) και μετακινείται διαμέσου του δακτυλίου του μηχανήματος. Η πηγή που ακτινοβολεί περιστρέφεται γύρω από τον ασθενή σε μία ελικοειδή πορεία, παρομοίως προς τη VMAT, ενώ παράλληλα το κρεβάτι μετακινείται όπως φαιίνεται στην εικόνα. Πλεονεκτήματα της μεθόδου είναι η δημιουργία εξαιρετικά σύμμορφων πλάνων θεραπείας και η απουσία περιορισμών στις διαστάσεις του όγκου που πρέπει να ακτινοβοληθεί (σημαντικό π.χ. σε ακτινοβόληση του νευράξονα). Στα «μειονεκτήματα» της μεθόδου είναι η αδυναμία της να παράξει μη-συνεπίπεδα πλάνα θεραπείας, δηλαδή πλάνα θεραπείας με στροφή του κρεβατιού του επιταχυντή και ο σχετικά αυξημένος χρόνος θεραπείας.

Ελικοειδής τομοθεραπεία. Tomotherapy.
Ελικοειδής τομοθεραπεία. Πηγή: bulmed.com και accuray.com

Επίμετρο


Το «τίμημα» για την επίτευξη τόσο σύμμορφων κατανομών δόσης είναι η ακτινοβόληση μεγαλύτερου (γεωμετρικού) όγκου φυσιολογικών ιστών με χαμηλή δόση. Μάλιστα έχει αναπτυχθεί ειδικός όρος που περιγράφει αυτή την πραγματικότητα, ονόματι «λουτρό χαμηλής δόσης» (low-dose bath).

Η ακτινοβόληση αυτή μπορεί να συσχετιστεί με αυξημένη (συγκριτικά με την 3DCRT, αλλά μικρή συνολικά) πιθανότητα ανάπτυξης δευτεροπαθών νεοπλασμάτων. Αυτό έχει ιδιαίτερη σημασία για τους ασθενείς με μεγάλο προσδόκιμο επιβίωσης και ιδιαιτέρως για τα παιδιά. Στο πλαίσιο αυτό, γίνεται αντιληπτό πως η πιο «σύγχρονη» μορφή ακτινοθεραπείας δεν είναι αυτόματα και η βέλτιστη επιλογή για την κάθε περίπτωση. Ο θεράπων ιατρός είναι αυτός που θα ενημερώσει τον ασθενή για το ποια θεραπεία είναι η καταλληλότερη.

Βιβλιογραφία


1. Nutting, CM et al. Parotid-sparing intensity modulated versus conventional radiotherapy in head and neck cancer (PARSPORT): a phase 3 multicentre randomised controlled trial. Lancet Oncol. 2011 Feb;12(2):127-36.
2. Pignol, JP. et al. A multicenter randomized trial of breast intensity-modulated radiation therapy to reduce acute radiation dermatitis. J Clin Oncol. 2008 May 1;26(13):2085-92.
3. Muren LP., Intensity-modulated radiotherapy of pelvic lymph nodes in locally advanced prostate cancer: planning procedures and early experiences. Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys. 2008 71(4):1034-1041.

Share

Τρισδιάστατη σύμμορφη ακτινοθεραπεία

Γενικά


Η τρισδιάστατη σύμμορφη ακτινοθεραπεία (3D conformal radiotherapy, 3DCRT) είναι μία τεχνική που επιτρέπει τη χρήση δεσμών ακτινοβολίας με κατάλληλα διαμορφωμένο σχήμα, ώστε αυτό να ταιριάζει στο σχήμα του όγκου, όπως το κλειδί με την κλειδαρότρυπα.

Αποτελεί εξέλιξη της δισδιάστατης ακτινοθεραπείας, όπου τότε τα πεδία μπορούσαν να είναι μόνο παραλληλόγραμμα. Δηλαδή, αν για παράδειγμα ο όγκος (μια διατομή του) είχε κυκλικό σχήμα, το πεδίο θα ήταν ένα παραλληλόγραμμο που θα περιέκλειε τον κύκλο. Όπως γίνεται αντιληπτό, με την παλιά αυτή τεχνική, εκ των πραγμάτων ακτινοβολούνταν και μεγάλες περιοχές φυσιολογικών ιστών.

Δισδιάστατη ακτινοθεραπεία.
Δισδιάστατη ακτινοθεραπεία. Το πεδίο είναι παραλληλόγραμμο με αποτέλεσμα να ακτινοβολούνται φυσιολικοί ιστοί.

Πώς γίνεται η διαμόρφωση του σχήματος;


Αυτή τη λειτουργία την επιτελεί ένα τμήμα του γραμμικού επιταχυντή που ονομάζεται κατευθυντήρας (collimator). Στην παρακάτω εικόνα φαίνεται ένας πολύφυλλος κατευθυντήρας (multi leaf collimator). Τα μεταλλικά φύλλα, τα οποία μπορούν να μετακινούνται, εμποδίζουν σε κάποιες περιοχές τη διέλευση της ακτινοβολίας ενώ σε άλλες της επιτρέπουν, διαμορφώνοντας έτσι το σχήμα της δέσμης.

Πολύφυλλος κατευθυντήρας (multi leaf collimator).
Πολύφυλλος κατευθυντήρας (multi leaf collimator). Πηγή: newsroom.varian.com

Στο παρακάτω video μπορείτε να δείτε την κίνηση των φύλλων ενός τέτοιου κατευθυντήρα.

Γιατί η τεχνική αυτή ονομάζεται και τρισδιάστατη εκτός από σύμμορφη;


Ονομάζεται τρισδιάστατη γιατί κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού του θεραπευτικού πλάνου, κατασκευάζεται μια τρισδιάστατη αναπαράσταση του όγκου καθώς επίσης και των γειτονικών φυσιολογικών οργάνων του ασθενούς.

Ο σχεδιασμός αυτός γίνεται από τον ακτινοθεραπευτή ογκολόγο σε κάθε μία «φέτα» (τομή) της αξονικής τομογραφίας στην οποία έχει προηγουμένως υποβληθεί ο ασθενής. Στη συνέχεια το ειδικό λογισμικό ανασυνθέτει τις διάφορες τομές και απεικονίζεται μια τρισδιάστατη αναπαράσταση του όγκου.

Η τρισδιάσταστη σύμμορφη ακτινοθεραπεία άρχισε να εφαρμόζεται στην δεκαετία του 1990 και συνεχίζει ακόμη και σήμερα. Έκτοτε έχουν μεσολαβήσει σημαντικές εξελίξεις και η λογική της συνέχεια είναι η ακτινοθεραπεία διαμορφούμενης έντασης (Intensity Modulated Radiotherapy, IMRT).

Share

Πώς λειτουργεί ένας γραμμικός επιταχυντής;

Στο παρακάτω video περιγράφεται η λειτουργία ενός θεραπευτικού γραμμικού επιταχυντή, η οποία σε πολύ αδρές γραμμές έχει ως εξής.

Ένα θερμαινόμενο νήμα λειτουργεί ως «κανόνι» ηλεκτρονίων εκπέμποντας ηλεκτρόνια μέσω ενός φυσικού φαινομένου που λέγεται θερμιονική εκπομπή. Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται σε ευθεία γραμμή μέσα σε έναν κυματοδηγό, όπου αλληλεπιδρούν με ένα κατάλληλο συγχρονισμένο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο απ’ όπου και παίρνουν την ενέργειά τους. Τα ηλεκτρόνια επιταχύνονται μέσα στο πεδίο όπως ένας σέρφερ αποκτά ταχύτητα «ιππεύοντας» ένα θαλάσσιο κύμα. Το πεδίο αυτό δημιουργείται από μια διάταξη που ονομάζεται magnetron ή klystron.

Στη συνέχεια η δέσμη ηλεκτρονίων κατευθύνεται μέσω μαγνητών πάνω σε ένα στόχο βαρέος μετάλλου (π.χ. βολφράμιο). Εκεί τα ηλεκτρόνια επιβραδύνονται απότομα εκπέμποντας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μέσω του φαινομένου της πέδησης. Επειδή η δέσμη έχει μεγαλύτερη ένταση στο κέντρο της, παρεμβάλλεται ένα ειδικό φίλτρο (flattening filter) που την εξασφθενεί περισσότερο στο κέντρο απ’ ό,τι στην περιφέρειά της, ώστε η δέσμη να ομογενοποιηθεί. Υπάρχουν όμως και γραμμικοί επιταχυντές που αξιοποιούν αυτή την ανομοιογένεια και λειτουργούν χωρίς τέτοια φίλτρα (flattening filter free).

Τέλος, γίνεται συμμόρφωση του σχήματος της δέσμης φωτονίων με κατάλληλες διατάξεις, τα «σαγόνια» (jaws) και φύλλα μολύβδου (multileaf) του κατευθυντήρα (collimator). Η δόση της δέσμης ελέγχεται σε πραγματικό χρόνο με τη βοήθεια ειδικών ανιχνευτών ακτινοβολίας, των θαλάμων ιονισμού. Είθισται ένας γραμμικός επιταχυντής να έχει τουλάχιστον δύο θαλάμους ιονισμού στην πορεία της δέσμης, οι οποίοι πρέπει να «συμφωνούν» μεταξύ τους στη μέτρηση της δόσης, διαφορετικά διακόπτεται η ακτινοβόληση.

Όλη η διαδικασία, την οποία παρουσιάσαμε εξαιρετικά συνοπτικά και απλοποιημένα, εξελίσσεται και ελέγχεται με τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή και ειδικού λογισμικού, το οποίο εφαρμόζει το πλάνο θεραπείας που έχει σχεδιάσει ο ακτινοθεραπευτής ογκολόγος σε συνεργασία με τον ακτινοφυσικό.

Επειδή όμως μία εικόνα είναι χίλιες λέξεις, παρακολουθήστε το video για να αποκτήσετε μια εποπτική άποψη της λειτουργίας ενός θεραπευτικού γραμμικού επιταχυντή.

Share